唐山焦炉烟气治理方案
焦化厂焦炉烟气治理设计方案
河北金蝉环保科技有限公司
2017年5月
通过焦化厂提供的工况参数，本方案拟采用河北金蝉环保科技有限公司推出的混合式多联一体化锅炉烟气净化设备对该业主项下的50万吨/年产能烟气中的污染物进行一体化脱除治理。设计原则如下：
1、符合国家对焦化行业烟气治理制定的最低排放标准； 2、在满足环保要求的前提下，做到流程简化、操作简单； 3、尽量减少占地面积，降低能耗；
4、最大限度的依托厂区内现有的相关设施，减少投资。 设计目的：
克服脱硫脱硝系统风阻对焦炉运行中炉压的干扰，消除焦炉烟气油性物质对催化、吸附的负面作用，提高焦化炉烟气有害物质净化率，达到烟气中硫氧化物、氮氧化物的超低排放，净化生态环境，为提升当地大气环境质量做贡献。
根据业主提供的烟气工况调查表，本项目处理烟气量为130000-180000N m 3/h,该方案按155000Nm3/h计， NOx浓度小于700 mg/Nm3, 年产生量868吨，脱硝率大于92.8%, 经过脱硝处理后，出口 NOx浓度≤ 50mg/Nm3，年减排806吨；SO 2浓度小于400mg/Nm3，年产生量 496吨，烟气脱硫率91.25%, 出口烟气SO 2浓度≤35mg/Nm3，年减排452.6吨。烟气中 烟尘的浓度50mg/Nm3，年产生量62吨，该工艺脱除效率要求达到90%，即出口烟尘的浓度≤5 mg/Nm3，年减排55.8吨。本项目工艺参数及设计工况见表1。
表1
根据计算，该锅炉每小时SO 2、NOx 和烟尘的排放量分别是62kg/h、108.5kg/h
和7.75 kg/h。本工艺的脱硫和脱硝效率分别按92.8%、91.5%、90%计，年运行8000小时，则每年可减排SO 2 ：452.6t ，NO x ： 806t，烟尘：55.8t 。
工艺过程中的生成物及所需原料及公用工程的消耗：
1、生成物计算：已知脱除SO 2的量452.6吨/年, 脱除NO x 的量806吨/年，在净化器内通过吸附、脱附处理生成稀硫酸、稀硝酸溶液, 即：SO 2+1/2O2+H2O=H2SO 4
;NO+1/2O2=NO2;2NO2+H2O=2HNO3+NO;
将稀硫酸、稀硝酸与焦化炉废水混合，吸收其中的碱性物质氨，使其转化为硫酸铵和硝酸铵, 即H2SO4+2NH3·H2O=（NH4）2SO4+2H2O，HNO3+NH3·H2O=NH4NO3+H2O。根据各成分的相对分子质量计算H 2SO 4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O 得：年脱除452吨SO2可生成HSO4：706吨，与NH3·H2O 化合生成(NH4)2SO4:987吨.HNO3+NH3·H2O=NH4NO3+H2O得：年脱除806吨NOx 可生成HNO3：920吨, 生成硝酸铵1208。
2、消耗物计算： 1
）
根
据
方
程
式
SO 2+1/2O2+H2O=H2SO 4
;3NO 2+H2O=2HNO3+NO;
H2SO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O;HNO3+NH3·H2O=NH4NO3+H2O计算，两项合成物共消耗NH3·H2O:995吨,
2) 根据结构设计，考虑克服装置内风阻形成的压力降，设计在原风机上加装增压动力30kw/h.
3) 循环泵功率5.5kw/h,合计耗电35.5kw/h。 表2 工艺中的生成物
表3工艺中的消耗物
结论及建议
根据技术指标提供的参数分析，该业主锅炉烟气治理项目因为以下三个原因适合采用河北金蝉环保科技有限公司工业烟气一体化净化工艺：1、烟气中油性物、硫氧化物、氮氧化物混合并存，适合采用一体化净化工艺；2、烟气净化工程适合采用结构紧凑、运行简单的一体化工艺，常规工艺分体净化会增加治理难度；3、烟气中有油性物的存在，常规的SCR 方法不能实现对该烟气的理想化脱除；4、该业主生产工艺中的液态废弃物能给该工艺提供主要原材料的供应，该工艺的生成物能利用业主的前端工艺，因此能将气态有害物与液态废弃物协同处理，实现不同污染物以废治废的效果。因此，为了使工业生产中的有害物质无害化处理，实现废弃污染物的资源化利用，提高燃煤锅炉中烟气有害物质净化率，达到当地超低排放标准，建议采用金蝉环保科技有限公司的工业烟气一体化净化方案。
工艺原理及流程
工艺流程：
烟气→除焦→吸附脱硫→氧化→吸附脱硝→水溶脱附→
工艺原理
高温烟气通过换热段的热交换转移了大部分能量，降温了的烟气穿过蒸氨器使氨水气化。降温了的烟气首先进入除焦段，在除焦段内烟气与上部喷射下落的雾化药液接触，烟气中油性有机物成分的化学链遭到破坏使其粘性变弱、溶解度增大而溶于药液中被截留，烟气实现了除焦；前端蒸出的氨气随同烟气进入错格叠置的净化器，在净化器内对具有特殊结构的吸附剂载体做串绕式运动，烟气中的酸性分子和碱性氨分子在吸附剂表面形成对叠吸附趋势。
烟气在穿越吸附剂做串绕式运动时，烟气中的水分子与吸附剂表面的活性层产生复杂的电离反应生成羟基官能团(-OH),即：H 2O →-OH *+H+,(*表示吸附态，-OH 表示羟基官能团) ，同时烟气中的氧分子也被吸附剂表面的活化能催化分解成氧原子，即O 2→2O *。羟基官能团与氧原子的产生，给吸附剂表面的活性中心生成了多位活性配合物，即：-OH *、O *，烟气中一氧化氮分子在多位活性配合物的作
用下迅速得到氧原子被氧化成二氧化氮，即：NO+O*→NO 2。
由于二氧化氮、二氧化硫分子的沸点高（NO 2=21.1℃,SO2=-10℃），极性强，属酸性分子，又由于净化系统中的吸附剂是一种经过表面改性并具有碱性官能团表面吸附位的特制吸附剂，因此当烟气穿越吸附层与吸附剂载体接触时双方产生酸碱亲和力而被迅速吸附，当吸附剂吸附了酸性分子后，吸附剂表面产生酸性官能团，又对碱性分子产生亲和力，因此，该工艺通过蒸氨系统摄入碱性分子：NH 3→-NH 2*+H+（-NH 2表示氨基官能团）。氨水在蒸氨器内受热分解:NH3H 2O →NH 3+H2O, 氨分子随烟气进入净化系统, 在穿越吸附净化层时受酸性官能团亲和力的作用被吸附剂迅速吸附:-OH*+M++X-=-OM*+H++X-, 碱性分子在吸附孔中覆盖了酸性分子，使吸附剂载体表面生成碱性官能团，碱性官能团对酸性分子产生亲和力，在此亲和力作用下迅速吸附酸性分子:-NH2*+H++X-=-NH3X *, 以此反复，使该系统的净化形成了酸碱分子的对叠吸附净化，以此实现氨分子的添加和氮氧化物与硫氧化物的迅速脱除。
在烟气穿越吸附层时，烟气中的烟尘粒子与吸附剂颗粒紧密接触，被吸附剂凹凸不平的表面粘接挂链并蓄积于吸附剂颗粒之间的细缝，在水溶脱附时被冲刷脱除。
烟气经过主体净化器、外围分路净化器的分级串绕式吸附净化，其中的有害成分被脱除，当吸附剂吸附了足量的分子后，吸附效率开始下降，吸附逐渐进入饱和状态，需要开启脱附流程。
该工艺采用的脱附是通过水溶浸渍脱附和气态水分子渗溶脱附，所述的水溶浸渍脱附是通过液态水分子团冲淋溶解叠置净化系统内的吸附质。液态水经过高压水管的输送交替打入各节净化层，通过脱附环管的喷射眼向对应的净化单元喷洒，水分子浸入吸附剂的吸附孔内与吸附质溶合转化；所述的气态水渗溶脱附是指水蒸气经过蒸汽分配器交替通入分路净化器，在其扩散力的作用下浸入吸附剂的吸附孔内，与吸附质溶合转化，使新生的分子在生成过程中产生膨胀力的作用下将自身推出吸附孔再溶解于水分子团，即：SO 2*+O*=SO3*,H 2O+SO3*=H2SO 4,H 2SO 4+2NH3=（NH 4）2NH 3+2NO2+H2O →NH 4NO 3+NH4NO 2，2SO 4，NH 4NO 2→N 2+2H20. 以此实现脱附并生成硝硫基氮肥。
脱附液蓄集于聚气仓集液区间断排出供给硫铵、硝铵，夹带于脱附液中的烟
尘粒子通过自然沉降法排除。
投资运行成本 表 4 设备投资成本表
60万吨/年焦炉烟气脱硫脱硝部件明细表